專利名稱：具有狹縫閥補償?shù)臄U散板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方式主要涉及一種用于化學(xué)沉積(CVD)系統(tǒng)的擴散板， 該系統(tǒng)設(shè)計為補償由腔室狹縫閥造成的等離子體不均勻。
背景技術(shù)：
等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)是一種常用于在半導(dǎo)體基板上沉 積多種薄膜的沉積方法。PECVD近來用于在大面積基板諸如太陽能平面基板、 平面顯示器基板以及大面積薄膜晶體管基板上沉積薄膜。市場競爭不斷驅(qū)使降 低平板顯示器的成本同時增加基板的尺寸。在平板顯示器產(chǎn)業(yè)中基板尺寸大于 1平方米很普遍。
氣體擴散板可用于確保整個處理腔室中沉積等離子體的均勻分布。等離子 體的均勻分布可有助于整個基板上的薄膜均勻性。然而，隨著基板尺寸的增加， 在處理腔室內(nèi)獲得等離子體的均勻分布成為一個難題。因此，現(xiàn)有技術(shù)需要一 種改進的氣體擴散板。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要包括一種用于PECVD腔室的擴散板。該擴散板包括多個中空 陰極腔。與處理腔室內(nèi)的狹縫閥最接近放置的擴散板的邊緣可具有中空陰極腔 的形狀和/或尺寸，其被調(diào)整以補償狹縫閥的鄰近區(qū)域。通過調(diào)整最接近狹縫 閥的中空陰極腔的形狀和/或尺寸，擴散板可允許整個處理腔室中的均勻等離 子體分布，并由此，允許在PECVD工藝期間基板上的均勻薄膜厚度。
在一個實施方式中，公開了一種氣體分配板組件。該組件包括擴散板元 件，該擴散板元件具有上游側(cè)、下游側(cè)、與處理腔室中的狹縫閥鄰近設(shè)置的第 一邊緣、中心和第二邊緣；以及穿過上游側(cè)和下游側(cè)之間的多個氣體通道。多 個氣體通道包括第一氣體通道，其具有鄰近擴散板元件的第一邊緣設(shè)置的第 一中空陰極腔；第二氣體通道，其具有鄰近擴散板元件的中心設(shè)置的第二中空
陰極腔；以及第三氣體通道，其具有鄰近第二邊緣設(shè)置的第三中空陰極腔，其
中第一中空陰極腔、第二中空陰極腔和第三中空陰極腔具有不同的容積。
在另一實施方式中，公開了一種等離子體處理腔室。該腔室包括具有多 個壁的腔室主體；設(shè)置在多個壁的至少其中之一中的一個或多個狹縫閥；以及 擴散板。該擴散板包括擴散板元件，其具有上游側(cè)、下游側(cè)，與一個或多個 狹縫閥的狹縫閥鄰近設(shè)置的第一邊緣、中心和第二邊緣；以及穿過上游側(cè)和下 游側(cè)之間的多個氣體通道。多個氣體通道包括第一氣體通道，其具有鄰近擴 散板元件的第一邊緣設(shè)置的第一中空陰極腔；第二氣體通道，其具有鄰近擴散 板元件的中心設(shè)置的第二中空陰極腔；以及第三氣體通道，其具有鄰近第二邊 緣設(shè)置的第三中空陰極腔，其中第一中空陰極腔、第二中空陰極腔和第三中空 陰極腔具有不同的容積。
在另一實施方式中，公開了一種等離子體處理方法。該方法包括流動處 理氣體經(jīng)過擴散板，該擴散板具有貫穿其中設(shè)置的多個氣體通道，并配置為使 得鄰近狹縫閥設(shè)置的第一氣體通道不同于鄰近擴散板的中心設(shè)置的第二氣體 通道以及鄰近擴散板的邊緣設(shè)置的第三氣體通道；偏置擴散板；以及在氣體通 道內(nèi)激發(fā)等離子體。


因此為了更詳細地理解本發(fā)明的以上所述特征，將實施方式對以上簡要所 述的本發(fā)明進行更具體描述，其中部分實施方式在附圖中示出。然而，應(yīng)該注 意，附圖中只示出了本發(fā)明典型的實施方式，因此不能認為是對本發(fā)明范圍的 限定，本發(fā)明可以允許其他等同的有效實施方式。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的處理腔室的橫截面示意圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的與狹縫閥相關(guān)的擴散板的俯視圖2B是沿圖2A的線A-A提取的橫截面示意圖3A-3F是根據(jù)本發(fā)明的其他實施方式的具有中空陰極腔的氣體通道的 橫截面示意圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的擴散板的橫截面示意圖。 為了便于理解，盡可能使用相同的附圖標記表示圖中共同的相同元件。預(yù) 期在一個實施方式公開的元件可以有利地用在其他實施方式中，而不具體敘 述。
具體實施例方式
本發(fā)明主要包括一種用于PECVD腔室的擴散板。該擴散板包括多個中空 陰極腔。最靠近處理腔室內(nèi)的狹縫閥放置的擴散板的邊緣可具有中空陰極腔的 形狀和/或尺寸，其被調(diào)整以補償狹縫閥的鄰近區(qū)域。通過調(diào)整最靠近狹縫閥 的中空陰極腔，擴散板可允許整個處理腔室中的均勻等離子體分布，并因此允 許PECVD工藝期間基板上的均勻薄膜厚度。
本發(fā)明將參照設(shè)計為處理大面積基板的PECVD系統(tǒng)示意性描述，諸如可 從Santa Clara， CA， Applied Materials, Inc.(加利福尼亞州圣克拉拉的應(yīng)用材 料有限公司)的分公司AKT購買的PECVD系統(tǒng)。然而，可以理解本發(fā)明可 在其他系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，諸如用于處理小或圓形基板的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還可 在由其他制造商制造的處理系統(tǒng)中應(yīng)用。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的處理腔室100的橫截面示意圖。處理 腔室100包括具有蓋102和壁108的腔室主體。在至少一個壁108內(nèi)，可存在 一個或多個狹縫閥122以允許基板106插入處理空間116以及從處理空間116 移除基板106。處理空間116可由狹縫閥122、腔室壁108、基板106和擴散 板110限定。在一個實施方式中，擴散板110可通過功率源偏置?；?06 可設(shè)置在底座104上，該底座104可上下移動以視需要提升和降低基板106。
氣體可導(dǎo)入擴散板110和蓋102之間稱為充氣室114的區(qū)域。由于從擴散 板的上游側(cè)118延伸穿到下游側(cè)120的氣體通道112的存在，因此氣體可在充 氣室114內(nèi)均勻分布。氣體通道，如將在下文描述，可以設(shè)計為在充氣室內(nèi)形 成基本均勻的氣壓。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式與狹縫閥202相關(guān)的擴散板200的俯 視示意圖。圖2B是沿圖2A的線A-A提取的橫截面示意圖。擴散板200包括 鄰近充氣室的上游側(cè)204以及在處理期間鄰近處理空間的下游側(cè)206。多個氣 體通道208a-208c可存在于擴散板200內(nèi)，其在上游側(cè)204和下游側(cè)206之間 延伸。
每個氣體通道208a-208c可包括頂部孔(top bore) 210a-210c、節(jié)流孔 (choke) 212a-212c以及中空陰極腔214a-214c。頂部孔210a-210c可與擴散板
200的上游側(cè)204耦接，而中空陰極腔214a-214c可與擴散板200的下游側(cè)206 耦接。節(jié)流孔212a-212c可耦接在中空陰極腔214a-214c與頂部孔210a-210c 之間。
氣體通道208a-208c可通過從上游側(cè)204在擴散板200中鉆孔以及從下游 側(cè)206在擴散板200中鉆另一孔而形成，從而兩個孔耦接在一起。兩個孔會合 的位置形成擴散板200的節(jié)流孔212a-212b。
通過使流經(jīng)擴散板的氣體所經(jīng)過的管道變窄，節(jié)流孔212a-212c用于允許 充氣室內(nèi)分布的氣體在擴散板200的整個上游側(cè)204均勻分布。節(jié)流孔 212a-212c的變窄的管道背撐(backup)該氣體并由此在擴散板200的上游側(cè) 204展開氣體，使得等量氣體可流經(jīng)每個氣體通道208a-208c。在一個實施方 式中，節(jié)流孔212a-212c可都具有相同的高度和寬度。在另一實施方式中，節(jié) 流孔212a-212c可具有不同的高度和/或?qū)挾?。另外，?jié)流孔212a-212c可與擴 散板200的上游側(cè)204相隔相同距離或不同距離。
氣體通道208a-208c還包括中空陰極腔214a-214c。中空陰極腔214a-214c 可以是錐形或柱狀或兩者組合。中空陰極腔214a-214c形成尺寸為允許在中空 陰極腔214a-214c內(nèi)激發(fā)等離子體。換句話說，可在擴散板200自身內(nèi)而不是 在處理空間內(nèi)激發(fā)等離子體。通過在中空陰極腔214a-214c內(nèi)激發(fā)等離子體， 由于中空陰極腔214a-214c的形狀和/或尺寸可影響腔室內(nèi)等離子體的形狀和/ 或強度，所以可控制等離子體的形狀。
每個中空陰極腔214a-214c可具有不同的表面積或容積。另外，中空陰極 腔214a-214c的擴口角度ara3可以相同和/或不同。擴口角度ai-a3是中空陰極 腔214a-214c的壁從節(jié)流孔212a-212c延伸的角度。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)狹縫閥202 可以影響等離子體的均勻性并由此，影響基板上的沉積均勻性。
在氣體通道208a-208c基板相同地穿過整個擴散板200的情況下，發(fā)現(xiàn)基 板的中心區(qū)域可具有比基板的其余部分更多的沉積量。還發(fā)現(xiàn)鄰近狹縫閥202 的基板的區(qū)域可具有比基板的其余區(qū)域更多的沉積量，雖然鄰近狹縫閥的基板 上形成的沉積量可能小于基板的中心處發(fā)生的沉積量。
為了補償不均勻沉積，可以調(diào)整中空陰極腔214a-214c的表面積和/或容 積。將參照具有三個氣體通道208a-208c的擴散板，但應(yīng)當理解可以存在更多 的氣體通道208a-208c。對應(yīng)基板中心的氣體通道208b可具有較小的中空陰極
腔214b表面積和/或容積。對應(yīng)較少沉積的基板邊緣的氣體通道208c可包含 中空陰極腔214c，與對應(yīng)基板中心的氣體通道208b相比，該中空陰極腔214c 具有更大的表面積和/或容積。同樣地，鄰近狹縫閥202的氣體通道208a可具 有中空陰極腔214a，該中空陰極空腔214a與對應(yīng)基板中心的中空陰極腔214b 相比具有更大的表面積和/或容積，而與對應(yīng)基板邊緣的中空陰極腔214c相比 具有更小的表面積和/或容積。雖然中空陰極腔214a-214c不同，但是節(jié)流孔 212a-212c可以基本相同或不同。
還令人驚訝地發(fā)現(xiàn)在等離子體處理期間，大面積基板的角落與狹縫閥相比 產(chǎn)生相似效果。因此，當使用具有基本相同的氣體通道的擴散板時，靠近基板 的角落發(fā)生的沉積量可能大于在基板的邊緣處發(fā)生的沉積量，但小于靠近基板 的中心發(fā)生的沉積量。為了補償角落-中心-邊緣沉積不均勻性，中空陰極腔 214a-214c可以與以上關(guān)于狹縫閥-中心-邊緣沉積不均勻性所討論的配置基本 相同來配置。應(yīng)當理解擴散板可既具有狹縫閥補償又具有角落補償。圖3A-3F 是根據(jù)本發(fā)明的其他實施方式具有中空陰極腔的氣體通道的橫截面示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的擴散板400的橫截面示意圖。在上游 表面408與下游表面410之間延伸的每個氣體通道的頂部孔402和節(jié)流孔404 基本相同。然而，整個擴散板400上的中空陰極腔406可以不同。與對應(yīng)擴散 板邊緣的中空陰極腔相比，最靠近狹縫閥的中空陰極腔406可具有更小的表面 積和/或容積。對應(yīng)狹縫閥的中空陰極腔406的表面積和/或容積大于對應(yīng)擴散 板中心的中空陰極腔406的表面積和/或容積。由于下游表面起伏的形狀使得 中空陰極腔406可以不同。下游表面410可具有偏離下游表面410的中心并且 與端部416略成傾斜的凹部414，以及靠近狹縫閥的另一部分412。下游表面 410可通過在擴散板400中鉆好頂部孔402和中空陰極腔406之后機械制造出 擴散板400的下游側(cè)410而形成。
通過在擴散板設(shè)計中補償狹縫閥，均勻薄膜可沉積在基板上。
雖然前述針對本發(fā)明的實施方式，但在不偏離本發(fā)明的基本范圍下可設(shè)計 本發(fā)明的其他和進一步實施方式，并且本發(fā)明的范圍由以下權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種氣體分配板組件，包括擴散板元件，其具有上游側(cè)、下游側(cè)、與處理腔室中的狹縫閥鄰近設(shè)置的第一邊緣、中心和第二邊緣；以及通過所述上游側(cè)和下游側(cè)之間的多個氣體通道，該多個氣體通道包括第一氣體通道，其具有鄰近所述擴散板元件的所述第一邊緣設(shè)置的第一中空陰極腔；第二氣體通道，其具有鄰近所述擴散板元件的所述中心設(shè)置的第二中空陰極腔；以及第三氣體通道，其具有鄰近所述第二邊緣設(shè)置的第三中空陰極腔，其中所述第一中空陰極腔、第二中空陰極腔和第三中空陰極腔具有不同的容積。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述第三中空陰極腔的容 積大于所述第一中空陰極腔的容積以及所述第二中空陰極腔的容積。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，每個氣體通道包括 節(jié)流孔，其具有足以促進基本均勻背壓的長度和直徑，該節(jié)流孔與中空陰極腔耦接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的組件，其特征在于，每個節(jié)流孔包括基本相同 的長度和直徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述擴散板元件包括具有 第四中空陰極腔的至少一個角落部分，以及其中所述第四中空陰極腔的容積小 于所述第三中空陰極腔的容積。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述下游側(cè)包括實質(zhì)上凹 形部分。
7. —種等離子體處理腔室，包括 具有多個壁的腔室主體；設(shè)置在所述多個壁的至少其中之一中的一個或多個狹縫閥；以及 擴散板，該擴散板包括擴散板元件，其具有上游側(cè)、下游側(cè)、與所述一個或多個狹縫閥的狹 縫閥鄰近設(shè)置的第一邊緣、中心和第二邊緣；以及通過所述上游側(cè)和下游側(cè)之間的多個氣體通道，該多個氣體通道包括第一氣體通道，其具有鄰近所述擴散板元件的第一邊緣設(shè)置的第 一中空陰極腔；第二氣體通道，其具有鄰近所述擴散板元件的中心設(shè)置的第二中 空陰極腔；以及第三通道，其具有鄰近所述第二邊緣設(shè)置的第三中空陰極腔，其 中所述第一中空陰極腔、第二中空陰極腔和第三中空陰極腔具有不同的容積。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的腔室，其特征在于，所述每個氣體通道包括節(jié)流孔，其具有充以促進基本均勻背壓的長度和直徑孔，該節(jié)流孔與中空 陰極腔耦接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的腔室，其特征在于，所述每個節(jié)流孔包括基本相同的長度和直徑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的腔室，其特征在于，所述第三中空陰極腔的容 積大于所述第一中空陰極腔的容積以及第二中空陰極腔的容積。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的腔室，其特征在于，所述擴散板元件包括具有 第四中空陰極腔的至少一個角落部分，并且其中該第四中空陰極腔的容積小于 所述第三中空陰極腔的容積。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的腔室，其特征在于，所述下游側(cè)包哈實質(zhì)上凹 形的部分。
13. —種等離子體處理方法，包括通過擴散板流動處理氣體，該擴散板具有貫穿其中設(shè)置的多個氣體通道， 并配置為使得鄰近狹縫閥設(shè)置的第一氣體通道不同于鄰近所述擴散板的中心 設(shè)置的第二氣體通道以及鄰近所述擴散板的邊緣設(shè)置的第三氣體通道；偏置所述擴散板；以及在所述氣體通道內(nèi)激發(fā)等離子體。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，進一步包括 等離子體處理與所述擴散板相對設(shè)置的基板，其中所述激發(fā)等離子體的步驟進一步包括在所述第一氣體通道中激發(fā)等離子體； 在所述第二氣體通道中激發(fā)等離子體；以及 在所述第三氣體通道中激發(fā)等離子體。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，該方法包括等離子體增 強化學(xué)氣相沉積。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述等離子體處理包括 將沉積基本均勻厚度的層沉積到所述基板上。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，進一步包括 在整個所述擴散板上形成不對稱的中空陰極等離子體梯度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述擴散板包括實質(zhì)上 凹形的部分。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述每個氣體通道包括: 節(jié)流孔，具有充以促進整個上游側(cè)上的均勻氣體分布的長度和直徑；以及 與所述節(jié)流孔和所述下游側(cè)耦接的中空陰極腔。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述節(jié)流孔基本相同。
全文摘要
本發(fā)明主要包括一種用于PECVD腔室的擴散板。該擴散板包括多個中空陰極腔。與處理腔室內(nèi)的狹縫閥最接近設(shè)置的擴散板的邊緣可具有中空陰極腔的形狀和/或尺寸，其被調(diào)整以補償狹縫閥的鄰近區(qū)域。通過調(diào)整最靠近狹縫閥的中空陰極腔的形狀和/或尺寸，擴散板可允許整個處理腔室上的均勻等離子體分布，并由此，允許在PECVD工藝期間基板上的均勻薄膜厚度。
文檔編號C23C16/00GK101348902SQ200810099760
公開日2009年1月21日 申請日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者崔壽永, 約翰·M·懷特 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司